JP6750273B2 - 位置推定装置、位置推定プログラム、監視装置及び状態監視システム - Google Patents

Description

本発明は、位置推定装置、位置推定プログラム、監視装置及び状態監視システムに関し、例えば、複数配置した無線機のそれぞれの配置位置を推定する位置推定装置、当該位置推定装置を搭載した監視装置、複数の無線機及び監視装置を有する状態監視システムに適用し得るものである。

円錐台形状の道路標識具（以下、ラバーコーンと呼ぶ。）は、道路工事や路肩の清掃時に車線を規制するために広く用いられている。とりわけ、高速道路上での作業は作業者の安全を守るため、作業場所に車両が侵入しないように、数ｋｍに亘ってラバーコーンが設置される。

しかしながら、例えば、車両による衝突や風によってラバーコーンが転倒することがあり、転倒したラバーコーンをそのまま放置しておくと、後続の車両の安全に支障をきたす場合がある。

そのため、従来は作業員が定期的にラバーコーンの設置現場を巡回し、転倒確認が行なわれてきた。

特許文献１には、センサユニットを備えた多数のラバーコーンと、センサユニットから無線送信されるデータを受信し、ラバーコーンの状態監視を行う監視装置が開示されている。特許文献１の記載技術は、ラバーコーンに振動や傾きセンサを搭載したセンサユニットを備え、センサが車両による衝突や風による転倒等を検知し、センサユニットが無線通信により検知情報を監視装置に通知するものである。

特許文献１の記載技術は、ラバーコーンのセンサユニット間をいもづる式に無線路で接続することで、遠隔に設置された監視装置での状態監視を実現している。

このとき、転倒したラバーコーンのセンサユニットは、予め設定されたＩＤを含む送信データを監視装置に通知することで、自身の場所を通知している。この場所を特定できるようにするため、監視装置は、各センサユニットの位置とＩＤとの対応関係を設定しておく必要がある。

特許文献１では、初期化モードにおいて、監視装置が全てのセンサユニットに対して確認信号を送信し、全てのセンサユニットからＩＤを収集して、センサユニットの配列順を作成している。

特願２０１２−１１２１９５号公報

しかしながら、上述した従来技術は、センサユニットを搭載したラバーコーンを任意に設置した場合に、初期化モードにおいてセンサユニットの配列順を算出する具体的な算出方法について開示されていない。

一般的に、作業者は、車両から道路に向かってラバーコーンを投下して配置している。上述した特許文献１の記載技術では、作業者が、センサユニットに付与したＩＤの番号順にラバーコーンを配置する必要があり、作業効率が良くないという問題がある。また、作業員が配置順序を誤ってラバーコーンを配置してしまった場合には、状態監視システムが正常に動作しないおそれも生じ得る。

また、例えば作業者がラバーコーンを設置する際、センサユニットの故障や電池切れ等の異常がある場合に、そのセンサユニットが正常に動作しないこともあり、そのようなセンサユニットを正常なものと交換することが必要となる。しかし、一度、ラバーコーンを配置した後に、異常が生じているセンサユニットの場所を特定することが困難であるという問題も生じ得る。

そのため、センサユニット（ラバーコーン）を任意の順番で配置した場合でも、各センサユニットの配列を特定することができる位置推定装置、位置推定プログラム、監視装置及び状態監視システムが求められている。

上記課題を解決するために、第１の本発明に係る位置推定装置は、それぞれ間隔をあけて配列され、互いにマルチホップ通信を行なう複数の無線機のそれぞれの位置を推定する位置推定装置において、（１）複数の無線機のそれぞれにおける周辺無線機との間の電波受信強度を無線機毎に保持する電波受信強度保持手段と、（２）複数の無線機の配列を仮定した複数の仮定配列情報と、各無線機の電波受信強度とに基づいて、複数の無線機の配列を推定する配列推定手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明に係る位置推定プログラムは、それぞれ間隔をあけて配列され、互いにマルチホップ通信を行なう複数の無線機のそれぞれの位置を推定する位置推定プログラムにおいて、コンピュータを、（１）複数の無線機のそれぞれにおける周辺無線機との間の電波受信強度を無線機毎に保持する電波受信強度保持手段と、（２）複数の無線機の配列を仮定した複数の仮定配列情報と、各無線機の電波受信強度とに基づいて、複数の無線機の配列を推定する配列推定手段として機能させることを特徴とする。

第３の本発明に係る監視装置は、それぞれ状態検知センサを有する複数の無線機によりマルチホップネットワークを構築し、複数の無線機のいずれかから取得した状態検知メッセージに基づいて、各無線機の状態を監視する監視装置において、（１）第１の本発明に係る位置推定装置に相当する位置推定手段と、（２）位置推定手段により推定された複数の無線機の配列を参照して、複数の無線機の状態を監視する監視手段とを備えることを特徴とする。

第４の本発明に係る状態監視システムは、（１）それぞれ状態検知センサを有して、マルチホップ通信を行う複数の無線機と、（２）第３の本発明に係る監視装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、センサユニットをランダムに配置した場合でも、各センサユニットの配列を推定することができる。

第１の実施形態に係る状態監視システムの全体的な構成を示す全体構成図である。 第１の実施形態に係る監視装置の内部構成を示す内部構成図である。 第１の実施形態に係るセンサユニットの配列推定処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るセンサユニットの実際の配列とセンサユニットのＲＳＳＩ測定結果の一例を説明する説明図である。 第１の実施形態に係るセンサユニットの仮トポロジーとセンサユニットの評価結果の一例を説明する説明図である。 第１の実施形態に係る仮トポロジーの配列の変更を説明する説明図である（その１）。 第１の実施形態に係る仮トポロジーの配列の変更を説明する説明図である（その２）。 第２の実施形態に係る監視装置の内部構成を示す内部構成図である。 第２の実施形態に係る監視装置におけるセンサユニットの故障場所推定処理の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る正常に動作していないセンサユニットの位置推定を説明する説明図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る位置推定装置、位置推定プログラム、監視装置及び状態監視システムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

第１の実施形態は、例えば、道路工事等の際に、規制車両への車両の侵入等の危険性を検知したセンサユニットが、検知データを含む警報情報を監視装置に通知する警報システムに本発明を適用する場合を例示する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る状態監視システムの全体的な構成を示す全体構成図である。

図１において、状態監視システム１００は、監視装置１０１、無線親局１０２、道路標識具としてのラバーコーン１０３（１０３−ａ〜１０３−ｚ）、センサユニット１０４（１０４−ａ〜１０４−ｚ）を有する。

図１では、片道２車線の高速道路に多数の道路標識具としてのラバーコーン１０３を配置して、走行車両と規制車線とを区別している様子を示している。

ラバーコーン１０３は、規制車両への侵入を防止するために、道路に配置される標識具である。例えば、道路工事等の際に、作業現場の手前に、所定間隔（例えば、数十ｍ〜数百ｍ程度の間隔）で全長数ｋｍに亘って、ラバーコーン１０３は配置される。ラバーコーン１０３の配置の仕方は様々であるが、一般的に、例えば２０ｍ間隔で引かれた白線を目安にして、作業車両に乗っている作業員がラバーコーン１０３を投下して配置している。

また、各ラバーコーン１０３には、センサユニット１０４が設けられている。各ラバーコーン１０３に各センサユニット１０４を設ける方法は、様々な方法を広く適用できるが、例えば、センサユニット１０４との間の無線電波の伝送を良くするため、ラバーコーン１０３の頂上部にセンサユニット１０４を設けるようにしてもよい。より具体的には、ラバーコーン１０３の頂上部には孔部が設けられており、またセンサユニット１０４を搭載する筐体（図示しない）の下部には円柱形状の凸部があり、ラバーコーン１０３の頂上部の孔部に、センサユニット１０４を搭載した筐体（図示しない）の凸部を差し込み固定するようにしてもよい。また別の方法として、例えば、ラバーコーン１０３の側面部に、センサユニット１０４を搭載した筐体を固定するようにしてもよい。なお、センサユニット１０４は、ラバーコーン１０３から着脱可能な構造としてもよい。

センサユニット１０４は、少なくともセンサ及び無線通信部を備える無線機であり、ラバーコーン１０３に設けられるものである。センサユニット１０４が有するセンサは、当該センサユニット１０４が設けられたラバーコーン１０３の状態（ここでいう状態とは、例えば、転倒、衝突など）を検知することができるセンサ（状態検知センサとも呼ぶ。）を適用でき、例えば、加速度センサ、３軸加速度センサ、姿勢センサ等を用いることができる。

また、センサユニット１０４が有する無線通信部は、後述する無線親局１０２や他のセンサユニット１０４との間でマルチホップ無線通信を行うものである。つまり、複数のラバーコーン１０３に設けられた各センサユニット１０４は、無線親局１０２も含めてマルチホップネットワークを構築して、各センサユニット１０４のセンサが定期的に検知した検知データを含む信号を、他のセンサユニット１０４を介して相互にマルチホップさせながら、無線親局１０２に向けて送信する。走行車両がラバーコーン１０３に衝突した場合には、センサが衝突や転倒等を検知した場合、センサユニット１０４は、少なくとも自身のＩＤや、衝突や転倒等の検知データを有する異常検知メッセージを含む信号を送信する。このとき、他のセンサユニット１０４は、受信した受信信号を、無線親局１０２に向けてマルチホップで転送する。

なお、センサユニット１０４の無線通信部は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．４．１５に規定された規格化技術を適用してマルチホップ無線通信を行うものであり、他のセンサユニットから受信したノード情報の交換を行い、これらノード情報を集約して、無線親局１０２宛に送信する。

無線親局１０２は、各センサユニット１０４を子局としたときの親局として機能する無線機である。無線親局１０２は、各センサユニット１０４から受信した受信信号に含まれるデータを収集し、それら収集したデータを監視装置１０１に通知する。無線親局１０２は、例えば有線回線で監視装置１０１と接続しており、監視装置１０１と各センサユニット１０４との間のデータフォーマットを変換するメディア変換機能を有している。

監視装置１０１は、接続している無線親局１０２を介して、各センサユニット１０４からのデータを取得し、各センサユニット１０４の状態（すなわち、ラバーコーン１０３の状態）を監視するものである。

監視装置１０１は、初期化モードで、各センサユニット１０４の配列（配置位置）を推定するために、無線親局１０２に対して受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）値の測定コマンドを与える。これは、センサユニット１０４のそれぞれにおいて受信されている受信信号のＲＳＳＩ値を取得し、各センサユニット１０４におけるＲＳＳＩ値を用いて、各センサユニット１０４の配置位置を推定するためである。また、監視装置１０１は、各センサユニット１０４の配置位置の推定結果（すなわち、ラバーコーン１０３の配置位置の推定結果）を表示する。

さらに、監視装置１０１は、積層灯や警報ランプ（パトランプ）やサイレン等の警報出力装置（図示しない）と接続しており、センサユニット１０４のセンサが衝突や転倒等を検知し、当該センサユニット１０４から取得した状態検知メッセージ（若しくは異常検知メッセージ）を含む信号を受信したときには、状態検知メッセージに基づいて衝突や転倒等の発生位置や衝突や転倒等の程度や危険性の度合いなどを示す警報情報を警報出力装置に出力する。

図２は、第１の実施形態に係る監視装置１０１の内部構成を示す内部構成図である。

図２において、第１の実施形態に係る監視装置１０１は、入力装置２０１、コマンド入力部２０２、データ送信部２０３、データ受信部２０４、電波受信強度保持手段としての周辺ＲＳＳＩ保持部２０５、配列推定手段としての設置場所推定部２０６、表示手段としての表示部２０７を有する。

監視装置１０１のハードウェア構成は図示しないが、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェース部、通信部等を有する装置であり、ＣＰＵがＲＯＭに格納される処理プログラム（例えば、位置推定プログラム等）を実行することにより、監視装置１０１の機能が実現される。なお、処理プログラム（例えば、位置推定プログラム等）がインストールされることにより、システムが構築されるようにしてもよい。

入力装置２０１は、利用者により入力操作を受け付けるものであり、例えば、キーボード、操作ボタン、マウス等を適用できる。

コマンド入力部２０２は、入力装置２０１を介した利用者操作により、ＲＳＳＩ測定コマンドを入力するものである。コマンド入力部２０２は、無線親局１０２を介して各センサユニット１０４に指示するため、ＲＳＳＩ測定コマンドをデータ送信部２０３に出力する。

データ送信部２０３は、接続回線を介して無線親局１０２にデータを送信するものである。データ送信部２０３は、コマンド入力部２０２から取得したＲＳＳＩ測定コマンドを無線親局１０２に送信する。

データ受信部２０４は、接続回線を介して無線親局１０２からデータを受信するものである。データ受信部２０４は、無線親局１０２が各センサユニット１０４から収集したデータを受信する。

周辺ＲＳＳＩ保持部２０５は、各センサユニット１０４により測定された周辺のセンサユニット１０４との間のＲＳＳＩ値（以下、周辺ＲＳＳＩ値とも呼ぶ。）を、センサユニット１０４毎に保持するものである。

設置場所推定部２０６は、周辺ＲＳＳＩ保持部２０５に保持されている各センサユニット１０４の周辺ＲＳＳＩ値を用いて、センサユニット１０４の設置位置を推定するものである。設置場所推定部２０６による各センサユニット１０４の配列（配置位置）を推定する処理の詳細な説明は、動作の項で行う。

表示部２０７は、例えば、ディスプレイ等の表示手段である。表示部２０７は、設置場所推定部２０６により推定された各センサユニット１０４の配列（すなわち、ラバーコーン１０３の配列）を表示する。なお、表示部２０７は、センサユニット１０４から受信した状態検知メッセージに基づく衝突や転倒等の情報を表示するようにしてもよい。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る状態監視システム１００におけるセンサユニット１０４の配列推定処理の動作を、図面を参照しながら説明する。

図３は、第１の実施形態に係るセンサユニット１０４の配列推定処理を示すフローチャートである。

図３に例示するフローチャートは、主として、監視装置１０１の設置場所推定部２０６により実行される処理動作である。

まず、全てのセンサユニット１０４の周辺のセンサユニット１０４との間の無線状態を測定するため、コマンド入力部２０２からのＲＳＳＩ測定コマンドがデータ送信部２０３から無線親局１０２に送信される（Ｓ３０１）。例えば、利用者が入力装置２０１を操作して、コマンド入力部２０２にＲＳＳＩ測定コマンドが入力して、コマンド入力部２０２からＲＳＳＩ測定コマンドがデータ送信部２０３に与えられる。

無線親局１０２は、データ送信部２０３からのＲＳＳＩ測定コマンドを含む信号を全てのセンサユニット１０４に行き渡るように無線送信する。全てのセンサユニット１０４にＲＳＳＩ測定コマンドが行き渡る方法であれば、種々の方法を広く適用でき、例えば、無線親局１０２は、ブロードキャストアドレスを用いて、ＲＳＳＩ測定コマンドを含む信号をマルチホップ無線通信して、全てのセンサユニット１０４にＲＳＳＩ測定コマンドを送信する方法を適用できる。

ＲＳＳＩ測定コマンドを受信したセンサユニット１０４は、周辺のセンサユニット１０４との間のＲＳＳＩ値を測定する。

ここで、センサユニット１０４による周辺ＲＳＳＩ値の測定方法は、例えば、無線親局１０２からＲＳＳＩ測定コマンドを受信したセンサユニット１０４は、ＲＳＳＩ測定コマンドを含む信号を無線送信する。当該ＲＳＳＩ測定コマンドを含む信号を受信した相手側のセンサユニット１０４は、ＲＳＳＩ測定コマンドを含む信号を受信したときの受信電界強度（ＲＳＳＩ）値を測定し、そのＲＳＳＩ値を含む信号を、送信元のセンサユニット１０４に返信する。このようにして、各センサユニット１０４は、周辺のセンサユニット１０４との間でＲＳＳＩ値の授受を相互に行い、周辺ＲＳＳＩ値を収集する。

また、各センサユニット１０４により測定された周辺ＲＳＳＩ値は、無線親局１０２に送信され、監視装置１０１は、無線親局１０２を介して、各センサユニット１０４の周辺ＲＳＳＩ値を取得する（Ｓ３０２）。監視装置１０１では、各センサユニット１０４の周辺ＲＳＳＩ値は周辺ＲＳＳＩ保持部２０５に保持される。

次に、設置場所推定部２０６は、周辺ＲＳＳＩ保持部２０５に保持されている各センサユニット１０４の周辺ＲＳＳＩ値を用いて、各センサユニット１０４の配列を推定する。

ここで、各センサユニット１０４の配列推定処理の方法は、全てのセンサユニット１０４の周辺ＲＳＳＩ値を用いて、初期設定したセンサユニット１０４の配列（すなわち、並び順）の評価値を算出し、今回算出した評価値と過去（例えば前回）の評価値との比較をして評価し、さらにセンサユニット１０４の配列（並び順）を逐次並び替えていき、センサユニット１０４の配列の最適解を探索する最適化手法を適用できる。最適化手法は、様々な最適化手法を適用でき、例えば、発見的方法（ヒューリスティックス）、遺伝的アルゴリズム等を適用できる。

第１の実施形態では、最適化手法の一例として発見的方法により、各センサユニット１０４の配置位置を推定する場合を例示する。

図４は、第１の実施形態に係るセンサユニット１０４の実際の配列とセンサユニットのＲＳＳＩ測定結果の一例を説明する説明図である。図５は、第１の実施形態に係るセンサユニット１０４の仮トポロジーとセンサユニットの評価結果の一例を説明する説明図である。

図４及び図５において、「Ａ」等のアルファベットは、センサユニット１０４の識別情報（例えば、ＩＤ、ＭＡＣアドレス等）を示しており、ここでは説明を容易にするために、１２個のセンサユニットの配列を例示する。

図４に示すように、センサユニット１０４の実際の配列は、「Ａ」、「Ｊ」、「Ｇ」、…、「Ｋ」、「Ｄ」であるとする。また、センサユニット１０４の周辺ＲＳＳＩ値は、全てのセンサユニットＡ〜Ｌの周辺ＲＳＳＩ値の測定結果を取得するが、ここでは、その一例として、センサユニットＢ、センサユニットＩの周辺ＲＳＳＩ値を例示している。なお、ＲＳＳＩ値は、その値が大きいほど、電波受信強度が強いことを示している。

まず、設置場所推定部２０６は、１２個のセンサユニットの配列をランダムに並べ替えて仮トポロジー（仮定配列情報とも呼ぶ。）を作成する（Ｓ３０３）。

例えば、初期に作成する仮トポロジーは、センサユニット１０４の識別情報（例えばＩＤ）の若い順に並び替えてもよい。また例えば、子局であるセンサユニット１０４のみの仮トポロジーを作成することに限定されず、無線親局１０２も含むマルチホップネットワークにおいて、監視装置１０１から最も近い位置に無線親局１０２を固定的に配置した仮トポロジーを作成するようにしてもよい。

ここでは、図５に例示するように、設置場所推定部２０６は、初期の仮トポロジーとして、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、…、「Ｋ」、「Ｌ」を作成したものとする。なお、仮トポロジーにおける「Ａ」は、固定的に配置したセンサユニット（例えば、無線親局１０２等）としている。

設置場所推定部２０６は、作成した仮トポロジーに対して、各センサユニットＡ〜Ｌの周辺ＲＳＳＩ値を用いて、仮トポロジーの評価指標を算出する（Ｓ３０４）。

この仮トポロジーの評価指標は、設置場所推定部２０６により作成した仮トポロジーが、実際の周辺ＲＳＳＩ値の測定結果に対して、どの程度矛盾がないかを判断するために用いられる。

例えば、作成した仮トポロジー上の各センサユニットＡ〜Ｌの並び順との関係において、各センサユニットＡ〜Ｌの周辺ＲＳＳＩ値の測定結果のうち、上位２個の測定結果をセンサユニットＡ〜Ｌ毎に選択し、各センサユニットＡ〜Ｌの上位２個の測定結果を用いて、各センサユニットＡ〜Ｌに隣接する位置に矛盾せずに、対応するセンサユニットが存在しているか否かを判定する方法が考えられる。

図４及び図５において、センサユニットＢの周辺ＲＳＳＩ値の測定結果は、「Ｃ：−６５ｄＢｍ」、「Ｆ：−７０ｄＢｍ」、「Ｈ：−６８ｄＢｍ」、「Ｋ：−７５ｄＢｍ」であるとする。このとき、受信強度の強い上位２個の測定結果は、「Ｃ：−６５ｄＢｍ」、「Ｈ：−６８ｄＢｍ」である。

同様に、センサユニットＩの周辺ＲＳＳＩ値の測定結果のうち、受信強度の強い上位２個の測定結果は、「Ｇ：−６４ｄＢｍ」、「Ｌ：−６８ｄＢｍ」となる。

このとき、設置場所推定部２０６は、作成した初期の仮トポロジーと、実際の各センサユニットＡ〜Ｌの上位２個の測定結果とを比較して、各センサユニットＡ〜Ｌのそれぞれに隣接する位置に、対応するセンサユニットの並び順に矛盾がないかを評価して、仮トポロジーの評価指標（評価値）を算出する。

具体的には、例えば、図５に例示する初期の仮トポロジーにおいて、センサユニットＢに関しては、上位２個の測定結果のうち、センサユニットＣについてはセンサユニットＢの隣接する位置にあるため合致しているが、それ以外の候補については合致してない。その結果、初期の仮トポロジーにおけるセンサユニットＢの評価結果を「１」とする。

同様に、センサユニットＩに関しては、上位２個の測定結果のうち、センサユニットＨについてはセンサユニットＩの隣接位置にあるため合致しているが、それ以外の候補については合致していない。その結果、初期の仮トポロジーにおけるセンサユニットＩの評価結果を「１」とする。

このように、センサユニットＡ〜Ｌの全てについて、上記と同様にして、それぞれのセンサユニットの評価結果を算出する。

そして、設置場所推定部２０６は、全てのセンサユニットＡ〜Ｌの評価結果の合計値を、今回作成した仮トポロジーの評価指標（評価値）を算出する（Ｓ３０４）。換言すれば、仮トポロジーの評価指標（評価値）は、仮定したセンサユニット１０４の配列が、各センサユニット１０４と、これに隣接するセンサユニットの位置関係に矛盾がない程度（度合い）を意味している。

次に、設置場所推定部２０６は、過去に作成した仮トポロジーの評価指標と、今回作成した仮トポロジーの評価指標とに基づいて、評価指標が改善されたか否かを判定する（Ｓ３０５）。すなわち、今回の仮トポロジーの評価指標が、過去の仮トポロジーの評価指標よりも高いか場合、評価指標が改善されたと判定する。

評価指標が改善されない場合、再度仮トポロジーを作成して、次回の仮トポロジーの評価指標の算出の繰り返しを行なうため、Ｓ３０６に移行する。なお、初期の仮トポロジーを作成した場合には、比較対象とする前回作成した仮トポロジーの評価指標がないため、Ｓ３０６に移行するようにしてもよい。

評価指標が改善された場合、Ｓ３０７に移行して、設置場所推定部２０６は、次回の仮トポロジーの評価指標の比較対象とするために、評価指標が改善された仮トポロジー及び評価値を保存し（Ｓ３０７）、Ｓ３０６に移行する。これにより、評価指標の値の高い仮トポロジーが保存される。

Ｓ３０６では、仮トポロジーの評価指標の算出が予め決定された規定回数を超えているか否かを判断し、所定の規定回数を超えていない場合、Ｓ３０３に戻り、設置場所推定部２０６は、再度仮トポロジーを作成して、新たに作成した仮トポロジーの評価指標を算出して、仮トポロジーの評価指標が改善されたか否かの判定を繰り返し行う（Ｓ３０３〜Ｓ３０７）。

図６及び図７は、第１の実施形態に係る仮トポロジーの配列の変更を説明する説明図である。

図６に示すように、設置場所推定部２０６が、新たに仮トポロジーを作成する際に、直前の仮トポロジー（図６の例では、世代１の仮トポロジー）において、ランダムに選んだセンサユニットＤと、これに隣接するセンサユニットＥとの位置を入れ替える隣接入替を行なうようにしてもよい。

また、図７に示すように、設置場所推定部２０６は、仮トポロジーの配列のランダムに選んだ位置に切替点を設定し、その切替点以降の部分（図７の例では、切替点の右側の部分である「Ｊ」、「Ｉ」、「Ｇ」、「Ｈ」）と、固定的な「Ａ」の次の位置（すなわち図７の世代１００の「Ｅ」）以降から切替点の手前までの部分との入れ替えを行うようにしてもよい。

例えば、図６に例示する隣接入替と図７に例示する部分入替とのそれぞれの実行回数は、例えば乱数等により決定することができる。設置場所推定部２０６は、Ｓ３０３〜Ｓ３０７の処理を繰り返し行い、作成した仮トポロジーの評価指標を算出する。

設置場所推定部２０６は、Ｓ３０３〜Ｓ３０７の処理を規定回数まで繰り返して処理を終了する。

このとき、保存されている仮トポロジーが、各センサユニット１０４の周辺ＲＳＳＩ値の測定結果と一番矛盾のないトポロジーとなり、設置場所推定部２０６により推定されたトポロジーは、表示部２０７に表示される。

これにより、作業者が、道路上に、センサユニット１０４を設けたラバーコーン１０３を任意の順番に配置した場合でも、設置場所推定部２０６によりセンサユニット１０４の配列順（すなわち、ラバーコーン１０３の配列順）を精度よく推定できる。

また、センサユニット１０４の配置順の推定後、衝突や転倒等を検知したセンサユニット１０４が、自身のＩＤ及び検知データ等を含む状態検知メッセージを無線親局１０２宛に送信し、監視装置１０１は、状態検知メッセージを取得する。そのとき、監視装置１０１は、センサユニット推定したセンサユニット１０４の配列を参照し、状態検知メッセージに含まれるＩＤに基づいて、異常が発生した位置を精度よく特定でき、推定したセンサユニット１０４の配列上に異常発生位置を表示できる。

さらに、実際に作業者がラバーコーン１０３を配置する際、上述したように、２０ｍ間隔で引かれた白線を目安として、作業者はセンサユニット１０４が設けられたラバーコーン１０３を配置する。従って、センサユニット１０４（ラバーコーン１０３）の間の大凡の配置間隔長を認識できるので、無線親局１０２から各センサユニット１０４までの距離も認識できる。

なお、仮トポロジーの評価指標の最適解を探索する手法として広く使用されている遺伝的アルゴリズムを用いて仮トポロジーの作成及び仮トポロジーの評価を行うようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、上位２個の周辺ＲＳＳＩ値の測定結果と、作成した仮トポロジーにおいて、隣接するセンサユニットの矛盾のない個数とを評価指標としたが、周辺ＲＳＳＩ値の測定結果の大小関係と、作成した仮トポロジーの配置に矛盾がある個数とを評価指標としてもよい。

さらに、上述した実施形態では、仮トポロジーの作成及び評価指標の最適解の探索について規定回数まで繰り返し行う場合を例示したが、評価指標が閾値を超えるまで繰り返し行うようにしてもよい。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、最適化手法（例えば、発見的方法、遺伝的アルゴリズム等）を用いて、センサユニットの配列（並び順）である仮トポロジーを作成し、全てのセンサユニットから取得した周辺ＲＳＳＩ値に基づいて、センサユニットの並び順に矛盾がないことを示すトポロジーの評価指標（評価値）の最適解を算出して、センサユニットの配置順を示すトポロジーを推定することができる。これにより、道路上に、任意に配置したラバーコーンに設けられたセンサユニットの配置順を精度よく推定することができる。その結果、作業者のラバーコーンの配置に係る作業時間を短くできる。

また、第１の実施形態によれば、センサユニットを搭載したラバーコーンを適当に配置した場合でも、推定したトポロジーを参照して、衝突や転倒等の異常を検知したセンサユニットからの異常検知メッセージ（センサユニットのＩＤを含むメッセージ）に基づいて、異常検知したセンサユニットの位置を特定することができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明の位置推定装置、位置推定プログラム、監視装置及び状態監視システムの第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

第２の実施形態も、第１の実施形態と同様に、例えば、道路工事等の際に、規制車両への車両の侵入等の危険性を検知したセンサユニットが、検知データを含む警報情報を監視装置に通知する警報システムに本発明を適用する場合を例示する。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図８は、第２の実施形態に係る監視装置の内部構成を示す内部構成図である。

図８において、第２の実施形態に係る監視装置１０１Ａは、入力装置２０１、コマンド入力部２０２、データ送信部２０３、データ受信部２０４、周辺ＲＳＳＩ保持部２０５、設置場所推定部２０６、表示部２０７、故障場所推定部２０８を有する。

監視装置１０１Ａのハードウェア構成は、第１の実施形態と同様に、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェース部、通信部等を有する装置であり、ＣＰＵがＲＯＭに格納される処理プログラム（例えば、位置推定プログラム等）を実行することにより、監視装置１０１Ａの機能が実現される。なお、処理プログラム（例えば、位置推定プログラムなど）がインストールされることにより、システムが構築されるようにしてもよい。

第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、監視装置１０１Ａが、第１の実施形態の図２に示す構成要素に加えて、故障場所推定部２０８を有する点である。

故障場所推定部２０８は、周辺ＲＳＳＩ保持部２０５に保存されている情報から、ランダムに配置された複数のセンサユニット１０４のうち、故障や電池切れ等により正常に動作していないセンサユニット１０４の場所を推定するものである。

故障場所推定部２０８は、周辺ＲＳＳＩ保持部２０５から取得した各センサユニット１０４の周辺ＲＳＳＩ値に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出機能、上記標準偏差から所定値以上のＲＳＳＩ値とする２個の無線機の組（ペア）を抽出する抽出機能と、推定されたセンサユニット１０４の配列を参照して、抽出したペアのセンサユニット１０４の間に、正常に動作していないセンサユニットがあると判定する異常判定機能とを有する。

例えば、作業者が、センサユニット１０４が設けられたラバーコーン１０３を配置する際に、センサユニット１０４が故障や電池切れ等の異常が生じ、センサユニット１０４が正常に動作しない場合がある。

このようにセンサユニット１０４が正常に動作しないことを知らないまま、正常に動作しないセンサユニット１０４を設けたラバーコーン１０３を作業員が配置してしまったり、又は、全てのラバーコーン１０３を配置した後に、センサユニット１０４が正常に動作しなくなったりしたとき、作業員は正常に動作するセンサユニット１０４の交換等が必要となる。

そこで、第２の実施形態では、センサユニット１０４を設けたラバーコーン１０３の配置の際、又は、当該ラバーコーン１０３を配置した後に、故障場所推定部２０８が正常に動作していないセンサユニット１０４の位置を推定する。

すなわち、故障場所推定部２０８は、第１の実施形態の設置場所推定部２０６によりセンサユニット１０４の配置順が推定された後に、各センサユニット１０４の周辺ＲＳＳＩ値を用いて、正常に動作していないセンサユニット１０４の位置を推定する。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
図９は、第２の実施形態に係る監視装置１０１Ａにおけるセンサユニット１０４の故障場所推定処理の動作を示すフローチャートである。

まず、故障場所推定部２０８は、設置場所推定部２０６により推定されたトポロジーを参照する（Ｓ７０１）。

故障場所推定部２０８は、周辺ＲＳＳＩ保持部２０５に保持されている、全てのセンサユニット１０４のそれぞれにおける複数の周辺ＲＳＳＩ値のうち、上位２個のＲＳＳＩ値をセンサユニット１０４毎に取得し（Ｓ７０２）、ＲＳＳＩ値の標準偏差を算出する（Ｓ７０３）。

例えば、図４に例示したセンサユニットＢ、センサユニットＩの周辺ＲＳＳＩ値の測定結果を用いて例示する。図４において、センサユニットＢに関しては、４個の周辺ＲＳＳＩ測定結果｛−６５、−７０、−６８、−７５｝があり、故障場所推定部２０８は、４個の周辺ＲＳＳＩ測定結果のうち、受信強度の強い上位２個の周辺ＲＳＳＩ値｛−６５、−６８｝を取得する。

同様に、センサユニットＩに関しては、４個の周辺ＲＳＳＩ測定結果｛−７１、−６４、−６８、−７３｝のうち、上位２個の周辺ＲＳＳＩ値｛−６４、−６８｝を取得する。

上記のように、故障場所推定部２０８は、周辺ＲＳＳＩ保持部２０５から、全てのセンサユニット１０４の上位２個の周辺ＲＳＳＩ値を取得し、全てのセンサユニット１０４の上位２個の周辺ＲＳＳＩ値を用いて、周辺ＲＳＳＩ値の標準偏差を算出する。

次に、故障場所推定部２０８は、算出した周辺ＲＳＳＩ値の標準偏差に対する閾値を設定されており、１組のペアとするセンサユニット１０４間の偏差と閾値とを比較する（Ｓ７０４）。

そして、ペアのセンサユニット１０４間の偏差が閾値を超える場合、故障場所推定部２０８は、当該ペアとするセンサユニット１０４間に、正常に動作していないセンサユニット１０４があると推定する（Ｓ７０５）。すなわち、閾値以上の偏差を有する２個のセンサユニット１０４のペアを抽出し、それら２個のセンサユニット１０４の間に、正常に動作していないセンサユニットがあると推定する。

一方、ペアのセンサユニット１０４間の偏差が閾値以下の場合、当該ペアのセンサユニット１０４間には、故障装置がないと判断する（Ｓ７０６）。

図１０は、第２の実施形態に係る正常に動作していないセンサユニット１０４の位置推定を説明する説明図である。

図１０において、矢印は隣接するセンサユニット１０４間のＲＳＳＩ値を示している。図１０では、ラバーコーン１０３−ｆのセンサユニット１０４−ｆが故障若しくは電池切れ等で正常に動作していないものとする。

図１０に例示するように、それぞれ隣接するセンサユニット１０４間のＲＳＳＩ値は、−６４ｄＢｍから−６８ｄＢｍ程度であるのに対して、センサユニット１０４−ｅとセンサユニット１０４−ｇとの間のＲＳＳＩ値は、−７５ｄＢｍ、−７７ｓＢｍである。このように、明らかに他のペアのＲＳＳＩ値に比べて、センサユニット１０４−ｅとセンサユニット１０４−ｇとの間のＲＳＳＩ値は小さい（偏差値が低い）。

ラバーコーン１０３は、上述したように、２０ｍ程度の間隔で引かれている白線を目安に配置される。つまり、センサユニット１０４間の間隔長はおおよそ所定の間隔（ほぼ等間隔）となり、センサユニット１０４間の無線強度（ＲＳＳＩ値）は同程度であることが予測され得る。従って、１組のペアのセンサユニット１０４間のＲＳＳＩ値の偏差が閾値を超えている場合には、図８のセンサユニット１０４−ｆのように、正常に動作していないセンサユニット１０４が存在していると判断でき、かつ、そのペアのセンサユニット１０４間に正常に動作していないセンサユニット１０４が位置していると推定できる。

なお、このように故障場所推定部２０８により推定された故障位置は、表示部２０７に表示するようにしてもよい。また、表示する際には、設置場所推定部２０６により推定されたセンサユニット１０４の配置順を示す表示画面上で、故障場所推定部２０８により推定された位置（若しくは区間範囲）を強調表示（例えば、赤色表示、点滅表示等）するようにしてもよい。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、故障や電池切れ等のように正常に動作していないセンサユニットの位置を推定できる。

（Ｃ）他の実施形態
上述した第１及び第２の実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下のような変形実施形態にも適用できる。

（Ｃ−１）上述した第１及び第２の実施形態では、高速道路等の工事の規制車線への走行車両の侵入に伴う危険性を作業員等に警報する警報システムに本発明を適用する場合を例示した。しかし、本発明は、複数のセンサユニットを所定の間隔をあけて配列し、複数のセンサユニットがマルチホップ通信を行うことができるシステムに広く適用できる。そのため、センサユニットを道路標識具に設けた場合を例示するが、例えば、電柱などの固定的に配置された部材にセンサユニットを設けて、状態管理を行うシステム等にも有効に利用できる。

（Ｃ−２）上述した第１及び第２の実施形態では、仮トポロジーを作成して、各センサユニットにおける周辺センサユニットとの間のＲＳＳＩ値を用いて、仮トポロジーの評価指標を算出する際、最適な仮トポロジーを探索するため、発見的方法や遺伝的アルゴリズム等を用いる場合を例示した。このような最適化アルゴリズムは、仮トポロジーを繰り返し作成して、各センサユニットの周辺ＲＳＳＩ値を用いて、隣接するセンサユニットとの位置関係の適合を判断するものであれば種々のものを広く適用できる。

（Ｃ−３）上述した第２の実施形態では、各センサユニットの周辺ＲＳＳＩ値の標準偏差を算出して、２個のセンサユニット間の周辺ＲＳＳＩ値の偏差が閾値以上であるか否かを判定して、故障位置を特定する場合を例示した。第２の実施形態では、標準偏差を算出する場合を例示したが、周辺ＲＳＳＩ値と周辺ＲＳＳＩ値の平均値との差分（若しくは差分の絶対値）と閾値との比較結果に基づいて判定するようにしてもよい。

１００…状態監視システム、１０１及び１０１Ａ…監視装置、１０２…無線親局１０２（１０３−ａ〜１０３−ｚ）…ラバーコーン、１０４（１０４−ａ〜１０４−ｚ）…センサユニット、２０１…入力装置、２０２…コマンド入力部、２０３…データ送信部、２０４…データ受信部、２０５…周辺ＲＳＳＩ保持部、２０６…設置場所推定部、２０７…表示部、２０８…故障場所推定部。

Claims (10)

1. それぞれ間隔をあけて配列され、互いにマルチホップ通信を行なう複数の無線機のそれぞれの位置を推定する位置推定装置において、
   上記複数の無線機のそれぞれにおける周辺無線機との間の電波受信強度を上記無線機毎に保持する電波受信強度保持手段と、
   上記複数の無線機の配列を仮定した複数の仮定配列情報と、上記各無線機の上記電波受信強度とに基づいて、上記複数の無線機の配列を推定する配列推定手段と
   を備えることを特徴とする位置推定装置。
2. 上記配列推定手段が、上記各無線機の上記電波受信強度を用いて上記各仮定配列情報の妥当性を評価して得た評価結果に基づいて、上記複数の無線機の配列を推定することを特徴とする請求項１に記載の位置推定装置。
3. 上記配列推定手段が、上記無線機毎に、上記電波受信強度から選択した受信強度の高い上位２個の受信電界強度を用いて、上記各仮定配列情報における各無線機とこれに隣接する無線機との位置関係を評価して得た評価結果に基づいて、上記複数の無線機の配列を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置推定装置。
4. 上記配列推定手段が、所定の探索手法を用いて、上記複数の無線機の配列を変えた上記仮定配列情報の作成し、当該作成した仮定配列情報の評価結果の評価を繰り返して、最適な配列情報を探索することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置推定装置。
5. 上記配列推定手段が、所定の探索手法として発見的方法を用いて、各無線機とこれに隣接する無線機の組み合わせをランダムに変えて上記仮定配列情報を作成し、当該作成した仮定配列情報の評価結果の評価を繰り返して最適な配列情報を探索することを特徴とする請求項４に記載の位置推定装置。
6. 上記配列推定手段が、所定の探索手法として遺伝的アルゴリズムを用いて、上記複数の無線機の配列を変えて上記仮定配列情報を作成し、当該作成した仮定配列情報の評価結果の評価を繰り返して、最適な配列情報を探索することを特徴とする請求項４に記載の位置推定装置。
7. 上記電波受信強度保持手段から取得した上記各無線機の上記電波受信強度の標準偏差値を算出する標準偏差値算出手段と、
   上記標準偏差値算出手段により算出された標準偏差値から所定値以上の電波受信強度とする２個の無線機の組を抽出する抽出手段と、
   推定された上記複数の無線機の配列を参照し、上記抽出手段により抽出された２個の無線機間の無線機を、正常に動作していない異常と判定する異常判定手段と
   を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の位置推定装置。
8. それぞれ間隔をあけて配列され、互いにマルチホップ通信を行なう複数の無線機のそれぞれの位置を推定する位置推定プログラムにおいて、
   コンピュータを、
   上記複数の無線機のそれぞれにおける周辺無線機との間の電波受信強度を上記無線機毎に保持する電波受信強度保持手段と、
   上記複数の無線機の配列を仮定した複数の仮定配列情報と、上記各無線機の上記電波受信強度とに基づいて、上記複数の無線機の配列を推定する配列推定手段と
   して機能させることを特徴とする位置推定プログラム。
9. それぞれ状態検知センサを有する複数の無線機によりマルチホップネットワークを構築し、上記複数の無線機のいずれかから取得した状態検知メッセージに基づいて、上記各無線機の状態を監視する監視装置において、
   請求項１〜７いずれかに記載の位置推定装置に相当する位置推定手段と、
   上記位置推定手段により推定された上記複数の無線機の配列を参照して、上記複数の無線機の状態を監視する監視手段と
   を備えることを特徴とする監視装置。
10. それぞれ状態検知センサを有して、マルチホップ通信を行う複数の無線機と、
    請求項９に記載の監視装置と
    を備えることを特徴とする状態監視システム。
    

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